Двухслойный двигатель Helicon

представляет Двухслойный геликонный двигатель собой прототип электрической силовой установки космического корабля . Он был создан австралийским ученым Кристиной Чарльз на основе технологии, изобретенной профессором Родом Босвеллом , работавшим в Австралийском национальном университете .

Конструкция проверена Европейским космическим агентством , которое участвует в ее разработке.

Теория работы

Двухслойный геликонный двигатель (HDLT) — это тип плазменного двигателя , который выбрасывает ионизированный газ с высокой скоростью для обеспечения тяги космического корабля . В этой конструкции двигателя газ впрыскивается в трубчатую камеру ( трубку-источник ) с одним открытым концом. Радиочастотный переменный ток ( 13,56 МГц в конструкции прототипа) подается в антенну специальной формы , обернутую вокруг камеры. Электромагнитная волна , излучаемая антенной, заставляет газ расщепляться и образовывать плазму. Затем антенна возбуждает геликоновую в плазме волну, которая еще больше нагревает плазму.

Устройство имеет примерно постоянное магнитное поле в трубке источника (подаваемое соленоидами в прототипе), но магнитное поле расходится и быстро уменьшается по величине по мере удаления от области источника, и его можно рассматривать как своего рода магнитное сопло . В процессе работы существует резкая граница между плотной плазмой внутри области источника и менее плотной плазмой в выхлопе, что связано с резким изменением электрического потенциала. Свойства плазмы быстро изменяются на этой границе, которая известна как бестоковый двойной электрический слой . Электрический потенциал внутри исходной области намного выше, чем в выхлопной, и это служит как для удержания большей части электронов, так и для ускорения ионов из исходной области. Достаточное количество электронов покидает область источника, чтобы гарантировать, что плазма в выхлопе в целом нейтральна. Как и большинство ионных двигательных установок, HDLT представляет собой двигатель с малой тягой и высоким удельным импульсом (высоким $I sp$ ).

Прототип двигателя диаметром 15 см, работавший в режиме низкого магнитного поля, прошел первоначальные испытания на тягу в 2010 году, однако для правильного расчета общей тяги потребуется более полный метод испытаний. ^{[ 1 ]} В настоящее время окончательный прототип двигателя проходит испытания на установке космического моделирования, получившей название «Wombat XL», расположенной в обсерватории Маунт-Стромло Австралийского национального университета (ANU) . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

HDLT имеет два основных преимущества перед большинством других конструкций ионных двигателей . Во-первых, он создает ускоряющее электрическое поле без введения в плазму ненадежных компонентов, таких как высоковольтные сетки (единственный компонент, обращенный к плазме, — это прочный плазменный резервуар); во-вторых, нейтрализатор не нужен, поскольку испускается равное количество электронов и (однозарядных) положительных ионов. Итак, поскольку у него нет ни движущихся механических частей, ни подверженности эрозии, Чарльз объясняет: «Пока у вас есть энергия и топливо, вы можете двигаться вечно». ^{[ 2 ]}

Приложения

Основное применение этой конструкции двигателя предназначено для удержания спутниковых станций, долгосрочных НОО переходов с на ГСО и для работы в дальнем космосе. Хотя типичная конструкция может обеспечить срок службы 50 лет, ^{[ нужна ссылка ]} или экономия стартового веса на 1000 фунтов (450 кг) для больших спутников , этот тип двигателя также может значительно сократить продолжительность межпланетных космических путешествий. ^{[ 4 ]} Например, путешествие на Марс можно было бы сократить до трех месяцев вместо восьми-девяти месяцев при использовании обычных химических ракет. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ не удалось пройти проверку ]}

См. также

Магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (VASIMR)

Ссылки

^ Джей Линг; Мэриленд Вест; Т. Лафлер; С Чарльз; Р.В. Босуэлл (2010). «Измерения тяги в режиме высокой плотности низкого магнитного поля в двухслойном геликонном двигателе». Журнал физики D: Прикладная физика . 43 (30). Издательство ИОП. Бибкод : 2010JPhD...43D5203L . дои : 10.1088/0022-3727/43/30/305203 .
^ Jump up to: ^а ^б «Полигон для установки плазменной банки к звездам» . Исследовательская карьера . 11 марта 2014 года . Проверено 19 июля 2016 г.
^ «Вомбат испытывает электрическую ракету» . Истории австралийской науки . 16 мая 2014 года . Проверено 19 июля 2016 г.
^ «Приложения HDLT» . Лаборатория исследования плазмы. Архивировано из оригинала 2 марта 2011 года . Проверено 19 июля 2016 г.
^ Тарантола, Эндрю (13 июня 2012 г.). «Австралия строит ионный двигатель с питанием от мочи» . Гизмодо . Проверено 19 июля 2016 г.
^ «Сколько времени займет путешествие на Марс?» . Проверено 19 июля 2016 г.

Источники

[1] Джей Линг; Мэриленд Вест; Т. Лафлер; С Чарльз; Р.В. Босуэлл (2010). «Измерения тяги в режиме высокой плотности низкого магнитного поля в двухслойном геликонном двигателе». Журнал физики D: Прикладная физика . 43 (30). Издательство ИОП. Бибкод : 2010JPhD...43D5203L . дои : 10.1088/0022-3727/43/30/305203 .

[ResearchCareer-2] Jump up to: ^а ^б «Полигон для установки плазменной банки к звездам» . Исследовательская карьера . 11 марта 2014 года . Проверено 19 июля 2016 г.

[3] «Вомбат испытывает электрическую ракету» . Истории австралийской науки . 16 мая 2014 года . Проверено 19 июля 2016 г.

[4] «Приложения HDLT» . Лаборатория исследования плазмы. Архивировано из оригинала 2 марта 2011 года . Проверено 19 июля 2016 г.

[5] Тарантола, Эндрю (13 июня 2012 г.). «Австралия строит ионный двигатель с питанием от мочи» . Гизмодо . Проверено 19 июля 2016 г.

[6] «Сколько времени займет путешествие на Марс?» . Проверено 19 июля 2016 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]